C++ Tutorial

1.基础语法

C++ 应用：操作系统、图形用户界面和嵌入式系统
C和C++区别：C++支持类和对象

C++语法

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    cout << "hello world!";
    return 0;
}

int main () { cout << "Hello World! "; return 0; }

Line1：#include <iostream>是一个头文件库，可让我们使用输入和输出对象，例如 cout，头文件向 C++ 程序添加函数
Line2：using namespace std;意味着可以使用标准库中的对象和变量的名称
Line3：空行，C++中空行不影响
Line4：int main()总是会出现在C++程序中，称为function，大括号 {} 内的任何代码都将被执行
Line5：cout是与运算符 (<<) 一起使用来输出文本的对象。注意：每个C++语句都以分号;结束
Line6：return 0结束主函数

#include <iostream>

int main(){
    std::cout << "hello world!";
    return 0;
}

using namespace std;也可以用std::代替

C++输出

cout对象，与运算符 (<<) 一起使用来输出文本或值
可以一次性输出多行，但是C++不会自动分行

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    cout << "hello world!";
    cout << "learning everyday";
    return 0;
}

hello world!learning everyday

如果要分行，有两种方式：

• 插入转义序列\n：相当于回车
• 使用 endl 操纵器

cout << "hello world!\n";
cout << "hello world!" << endl;

hello world!
learning everyday

C++注释

单行注释：//
多行注释：/*和*/

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    // single line
    cout << "hello world!" << endl;
    /* multiple
     line */
    cout << "learning everyday";
    return 0;
}

C++变量

• int：整型
• double：浮点型
• char：字符
• string：字符串
• bool：布尔

创建变量

type variableName = value;

int x = 5;
int y = 7;
int myAge = x + y;
string text = " years";
cout << "I am " << myAge << text << " old";

可以一行创建多个变量

int x = 5, y = 4, z = 6;

可以一行赋值多个变量相同的值

int x, y, z;
x = y = z = 5;

固定变量的值使用const

const int x = 5;

C++输入

cin与运算符>>一起用来读取输入

cin >> x;

C++数据类型

float和double的区别：float小数点后面最多6-7个数字，而double可以有15个数字，使用double计算更安全
浮点数可以用科学计数法，使用e表示

float f1 = 35e3;

bool类型只能赋值false和true

bool learning = true;

单一字符可以用ASCII码表示

char a = 65;
cout << a;

A

创建string时头文件要导入#include <string>

C++运算符

算术运算符

分配运算符

比较运算符

逻辑运算符

C++ 字符串

• 字符串连接：+或者append()

string firstName = "Zoey ";
string lastName = "Doe";
string fullName = firstName.append(lastName);
string fullName = firstName + " " + lastName;

• 字符串长度：length()或者size()

string text = "learning everyday";
cout << text.length();

17

• 字符串读取：[]

string text = "learning";
cout << text[2];

a

• 特殊字符串：字符串有双引号，因此文本中有一些特殊字符无法识别，需要专义字符

string text = "living like a \"tree\"";
cout << text;

living like a "tree"

• 输入字符串

cin输入字符串文本时默认以空格为结束符，因此只会读取第一个单词

string text;
cin >> text;
cout << text;

living like a tree
living

如果要读取一行，使用getline()

string text;
getline(cin, text);
cout << text;

living like a tree
living like a tree

C++数学

头文件#include "cmath"，常见max，min，abs

C++条件语句

• if else语句

int main(){
    int time = 22;
    if (time < 10){
        cout << "morning";
    }else if (time < 20){
        cout << "day";
    }else{
        cout << "evening";
    }
}

用一句话描述if else语句

variable = (condition) ? expressionTrue : expressionFalse;

result = (time < 18) ? "Good day" : "Good evening";

• switch语句

expression和x的值比较，如果匹配就执行后面的代码，如果所有情况都不匹配，就执行default

switch(expression) {
  case x:
    // code block
    break;
  case y:
    // code block
    break;
  default:
    // code block
}

int main(){
    int day = 2;
    switch (day) {
        case 1:
            cout << "Monday";
            break;
        case 2:
            cout << "Tuesday";
            break;
        default:
            cout << "Weekend";
            break;
    }
}

• while循环

包括while和do while

while (condition) {
    // code
}

do {
  // code
}
while (condition);

int main(){
    int index = 0;
    do{
        cout << index;
        index++;
    }
    while (index < 4);
}

• for循环

for (statement 1; statement 2; statement 3) {
  // code
}

 - statement 1：初始值
 - statement 2：执行条件
 - statement 3：执行语句

• break和continue

break结束当前循环，continue结束当前轮次

int main(){
    for (int index=0; index < 10; index++){
        if (index % 2 == 0){
            continue;
        }
        cout << index;
    }
}

C++数组

• 数组初始化：指定类型，数组名，[]为数组长度，可以不指定，赋值用{}，可以后面再赋值

string cars[4] = {"Volvo", "BMW", "Ford", "Mazda"};

• 数组循环：使用for循环

C++中还有一个for-each循环，可以更方便的遍历数组

string cars[5] = {"Volvo", "BMW", "Ford", "Mazda", "Tesla"};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
  cout << i << " = " << cars[i] << "\n";
}

string numbers[4] = {"a", "b", "c", "d"};
    for (string i: numbers){
        cout << i << endl;
    }

• 数组长度

sizeof()输出数组字节长度，因此是4*4=16，要得到长度还需要除int型的字节数

int numbers[4] = {20, 30, 40, 50};
cout << sizeof(numbers) / sizeof(int);

• 多维数组

string letters[2][4] = {
  { "A", "B", "C", "D" },
  { "E", "F", "G", "H" }
};

C++结构体

将多个相关的变量放在一起组成结构体

struct StructureName{   // 声明结构体，结构体命名可以省略
  int myNum;         // 结构体成员
  string myString;   // 结构体成员
}myStruct1, myStruct2, myStruct3;       // 结构体变量

创建结构体变量可以通过结构体命名，也可以直接在后面创建

int main(){
    struct car{
        string brand;
        int price;
    }myCar1;
    
    car myCar2;
    myCar2.brand = "Ford";
    myCar1.price = 1000;
    cout << myCar1.price << endl;
}

1000

C++指针

• 引用变量reference variable：用来指向某个变量，创建时使用&运算符

int main(){
    string food = "Pizza";
    string &meal = food;
    
    cout << food << endl;
    cout << meal << endl;
    
    meal = "Coco";
    cout << food << endl;
}

output：
Pizza
Pizza
Coco

创建引用变量meal是使用&meal，代表引用于food变量，因此输出是相同的。如果修改了meal的值，food的值也会变化

&运算符也可以用来获取变量物理地址

int main(){
    string food = "Pizza";
    cout << &food << endl;
}

output：
0x16fdff118

• 指针变量pointer variable：将物理地址存储为值，使用*运算符

int main(){
    string food = "Pizza";
    string* ptr = &food;
    
    cout << food << endl;
    cout << &food << endl;
    cout << ptr << endl;
    cout << *ptr << endl;
}

output:
Pizza
0x16fdff118
0x16fdff118
Pizza

ptr指针变量存储food的物理地址，此处的&是取址符，food物理地址是0x16fdff118，因此&food和ptr都是0x16fdff118，*ptr是用来dereference，输出ptr指针指向的变量取值，也就是food的值。*运算符有两个作用

• 声明一个指针变量
• dereference操作符

如果修改了指针变量的值，原始变量的值也会变化

*ptr = "Hamburger";
cout << *ptr << endl;
cout << food << endl;

output:
Hamburger
Hamburger

2.函数

创建函数

void myFunction() { // 声明
  // code to be executed (定义)
}

 - void：函数返回类型
 - myFunction()：函数名

自定义函数创建时可以只声明不定义，但是声明一定要在main函数前

void myFunction();

int main(){
    myFunction();
}

void myFunction(){
    cout << "hello";
}

函数参数

函数传入参数时要定义类型，可以一次性传入多个参数，可以设置默认值，也可以传入数组

#include "iostream"
using namespace std;

void myFunction(string name, int age, int cars[3]){
    cout << name << " is " << age << " years old" << endl;
    for (int i = 0; i < 3; i++){
        cout << cars[i] << endl;
    }
}

int main(){
    int age = 10;
    int cars[3] = {20, 30, 40};
    string name = "zoey";
    myFunction(name, age, cars);
    return 0;
}

zoey is 10 years old
20
30
40

函数参数也可以传入引用变量，需要修改变量值时比较有用，下面例子用来交换first和second的值，swap函数传入的是引用变量，first=&x，因此x的值变成y之后，first的值也变成了sceond，如果传入的不是&x而是x，函数内部的变化是不会影响到参数的。

void swap(int &x, int &y){
    int z = x;
    x = y;
    y = z;
}

int main(){
    int first = 2;
    int second  = 3;
    swap(first, second);
    cout << first << endl;
    cout << second << endl;
}

• 函数重载：只要参数的数量和/或类型不同，多个函数就可以具有相同的名称

int plusFunc(int x, int y) {
  return x + y;
}

double plusFunc(double x, double y) {
  return x + y;
}

• 函数回溯：递归，函数中再调用自身

int sum(int k) {
  if (k > 0) {
    return k + sum(k - 1);
  } else {
    return 0;
  }
}

int main() {
  int result = sum(10);
  cout << result;
  return 0;
}

3.面向对象编程

创建类和对象

类class是自定义的一种数据类型，比如汽车，对象object是类的某个实例，比如丰田，每个类都有属性attributes和方法methods

class MyClass {       // The class
  public:             // Access specifier
    int myNum;        // Attribute (int variable)
    string myString;  // Attribute (string variable)
};

 - class用来创建一个类，命名为MyClass
 - public是一个访问说明符access specifier，它指定可以从类外部访问该类的成员（属性和方法）
 - 类属性有两个：整型变量myNum和字符变量myString

创建对象直接使用类名，然后通过.引用属性为其赋值

class MyClass{
public:
    int age;
    string name;
};

int main(){
    MyClass obj;
    obj.age = 12;
    obj.name = "zoey";
    cout << obj.name << endl;
}

output:
zoey

类方法

方法就是属于这个类的函数，有两种定义方式

• 类内部定义

class MyClass{
public:
    void myMethod(){
        cout << "hello";
    }
};

• 类外部定义：使用::操作符

class MyClass{
public:
    void myMethod();
};

void MyClass::myMethod(){
    cout << "hello";
}

构造函数Constructor

C++中的构造函数是一种特殊的方法，在创建类的对象时会自动调用它。创建构造函数，要使用与类相同的名称，后跟括号 ()。构造函数主要作用是在对象创建时执行必要的初始化操作。构造函数中传入参数可以用来为属性赋初始值。

class Car{
public:
    string brand;  //属性
    int year;  //属性
    Car(string x, int y){  // 构造函数声明
        brand = x;
        year = y;
    }
};

int main(){
    Car obj("Ford", 20);  //创建对象时可以直接传入参数
    cout << obj.brand << endl;
    cout << obj.year << endl;
}

构造函数也可以在类外部定义，和方法定义一样

class Car{
public:
    string brand;
    int year;
    Car(string x, int y);
};

Car::Car(string x, int y){
    brand = x;
    year = y;
}

访问说明符Access Specifiers

C++中有三种访问说明符：

• public：可以从类外部访问成员，能赋值或者修改值
• private：无法从类外部访问（或查看）成员
• protected：不能从类外部访问成员，但是可以在继承类中访问它们

class Car{
public:
    int year;
private:
    int age;
};

int main(){
    Car obj;
    obj.year = 12;
    obj.age = 20;
}

output：
'age' is a private member of 'Car'

默认情况下，如果不指定访问说明符，类的所有成员都是私有的

封装Encapsulation

封装是为了确保“敏感”数据对用户隐藏。 为此须将类变量/属性声明为私有（无法从类外部访问）。 如果希望其他人读取或修改私有成员的值，可以提供公共的 get 和 set 方法

#include "iostream"
using namespace std;

class Employee{
private:
    int salary;  // 私有属性
public:
    void setSalary(int s){
        salary = s;
    }
    int getSalary(){
        return salary;
    };
};

int main(){
    Employee obj;
    obj.setSalary(2000);
    cout << obj.getSalary() << endl;
}

output:
2000

salary是私有属性，但是可以通过公有方法setSalary和getSalary设置和获取salary的值。这种方式能更好的控制代码，只需要修改一部分，增加数据的安全性。

继承Inheritance

C++中可以将属性和方法从一个类继承到另一个类，继承有两个概念：

• 派生类：从另一个类继承的类
• 基类：继承自的类

从一个类继承需要使用:符号

• 继承可以多层

class Myclass{  //基类
public:
    void fucntion(){
        cout << "day" << endl;
    }
};

class Mychild: public Myclass{ //继承类
};

class MyGrandchild: public Mychild{  //继承类
};

int main(){
    MyGrandchild obj;
    obj.fucntion();
}

• 可以继承自多个类

class Class1{
public:
    void fucntion1(){
        cout << "day" << endl;
    }
};

class Class2{
public:
    void function2(){
        cout << "hello" << endl;
    }
};

class ClassChild: public Class1, public Class2{
};

int main(){
    ClassChild obj;
    obj.fucntion1();
    obj.function2();
}

• 访问说明符proteced：继承类可以访问

class Employee{
protected:
    int salary;
};

class Programmer: public Employee{
public:
    int bonus;
    int get(){
        return salary;
    }
    void set(int s){
        salary = s;
    }
};

int main(){
    Programmer obj;
    obj.set(1000);
    obj.bonus = 1200;
    cout << obj.get() << endl;
}

多态Polymorphism

多态意味着“多种形式”，当我们有许多通过继承相互关联的类时，就会发生这种情况。例如，考虑一个名为 Animal 的基类，它有一个名为 AnimalSound() 的方法。 动物的派生类可以是猪、猫等，而且它们也有自己的动物声音方法

#include "iostream"
using namespace std;

class Animal{
public:
    void animalSound(){
        cout << "the animal make a sound \n";
    }
};

class Pig: public Animal{
public:
    void animalSound(){
        cout << "the pig says:wee" << endl;
    }
};

class Dog: public Animal{
public:
    void animalSound(){
        cout << "the dog says:wow " << endl;
    }
};

int main(){
    Animal a;
    Pig b;
    Dog c;
    
    a.animalSound();
    b.animalSound();
    c.animalSound();
}

the animal make a sound 
the pig says:wee
the dog says:wow 

C++文件

#include <fstream>

fstream库用于处理文件，有三个类

• ofstream：创建和写文件
• ifstream：读取文件
• fstream：创建，写，读取文件

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
  //创建空白文件
  ofstream MyFile("filename.txt");
  // 写文件
  MyFile << "Files can be tricky, but it is fun enough!";
  // 关闭文件
  MyFile.close();
}

异常处理

C++ 中的异常处理由三个关键字组成：try、throw 和 catch

try {
  // 尝试的代码块
  throw exception; // 错误发生时显示异常
}
catch () {
  // 处理错误的代码块
}

int main(){
    try{
        int age = 15;
        if (age > 18){
            cout << "Access granted" << endl;
        }else{
            throw (age);
        }
    }
    catch (int number){
        cout << "Access denied" << endl;
        cout << "you are " << number << endl;
    }
}

Access denied
you are 15

由于age<18，因此报错，错误类型定义为age，输入到catch作为参数传入，如果不知道错误类型，可以直接使用catch (...)